Принцип работы

Усилительный каскад на биполярном транзисторе включенном по схеме с общим эмиттером

Назначение.

Назначение, электрическая схема, принцип работы усилительного каскада на биполярном транзисторе с общим эмиттером.

Усилители применяют в системах автоматизированного управления станками для усиления маломощных сигналов, поступающих от различных датчиков.

Структурной ячейкой усилителя является усилительный каскад (1,2,3 каскада). Любой усилительный каскад содержит 3 обязательных элемента:

- Нелинейный элемент (транзистор)

- Нагрузочный элемент усилителя (резистор, индукционная катушка, обмотка трансформатора)

- Стабилизированный источник питания с нулевым внутренним сопротивлением

Процесс усиления заключается в преобразовании энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Управляет этим процессом маломощный входной сигнал.

При анализе усилителей выделяют 2 режима:

1. Покой (режим, когда входной сигнал отсутствует)

2. Усиление

Монтаж электрических цепей выполняют одним проводом, 2ым проводом является корпус.

Режим покоя: источник питания создает постоянные токи базы эмиттера и коллектора. Постоянный ток базы замыкается в корпусе: +Е_К > R1 > Б > Э > R_Э > L > -Е_К > +Е_К

Ток базы приоткрывает на половину транзистор, появляется постоянный ток коллектора или эмиттера, который замыкается в контуре: +Е_К > R_К > К > Э > R_Э > L > -Е_К > +Е_К

Определить ток коллектора и напряжение между коллектором и эмиттером можно графически, методом ВАХ линейного источника (R_К и R_Э) и нелинейного элемента (транзистора).

ВАХ транзистора известно. ВАХ линейного источника строят: U_КЭ=Е_К-(R_К-R_Э)I_К

(I_К=0 значит U_КЭ=Е_К; U_КЭ=0 значит I_К= )

Ток фазы покоя выбирается таким, чтобы точка покоя была примерно на середине ВАХ линейного источника.

Качество работы усилителя зависит от правильного режима покоя.

Характерной зависимостью полупроводниковых приборов является зависимость их электропроводности от температуры. Чем больше температура, тем больше электропроводность. Чтобы при работе усилителя при разных температурах положение точки покоя не изменилось, применяется температурная стабилизация

В данном усилителе температурная стабилизация осуществляется благодаря резистору R_Э и делителю напряжения R1, R2. Делитель поддерживает постоянным потенциал базы.

Осуществляется так: пусть температура транзистора повышается > ток коллектора покоя повышается > повышается ток эмиттера покоя > повышается падение напряжения > повышается потенциал эмиттера > разность потенциалов между базой и эмиттером уменьшается > понижается ток фазы покоя > понижается ток коллектора.

Так сработала отрицательная обратная связь и ток коллектора понижается до первоначального значения, то есть точка покоя стабилизирована.

Конденсатор С1 не пропускает постоянный ток источника питания Е_К в источник входного сигнала. Если в источнике усиленного сигнала присутствует постоянная составляющая напряжения, то этот конденсатор не пропускает постоянный ток на вход усилителя.

Режим усиления: на вход усилителя подаем переменное входное напряжение. Это напряжение создаст переменный ток фазы, который накладывается на постоянный ток. Получается пульсирующий ток фазы. Этот ток создает пульсирующее напряжение на резисторе R_К. А так как это напряжение и напряжение между коллектором и корпусом в сумме всегда равны напряжению или ЭДС источника, то напряжение между коллектором и корпусом так же пульсирует. Причем, если напряжение на резисторе R_К повышается, то напряжение между коллектором и корпусом понижается, и наоборот.

Конденсатор С2, включенный на выходе усилителя, выделяет только переменную составляющую из напряжения между коллектором и корпусом. Эта составляющая представляет собой выходное напряжение усилителя. Отношение амплитуды выходного напряжения к входному:

В режиме холостого хода усилителя коэффициент напряжения холостого хода до 100.

Конденсатор С3 устраняет отрицательную обратную связь по переменной составляющей. Сопротивление этого конденсатора X_C3 берут таким, чтобы для низшей частоты его сопротивление было много меньше сопротивления резистора R_Э.

Резистор R_К обеспечивает динамический режим работы транзистора. Чем выше сопротивление этого резистора, тем больше колебания напряжения на нем, и тем больше выходное напряжение. Усилитель по отношению к источнику усиливаемого сигнала представляет собой приемник электроэнергии, а по отношению к приемнику – источник переменного напряжения.

Схема замещения усилителя:

Данный усилительный каскад имеет довольно малое выходное сопротивление, составляющее несколько кОм. Оно определяется входным сопротивлением транзистора. Выходное сопротивление много больше входного. Поэтому данный усилитель применяется как усилитель напряжения и может работать, если приемник имеет очень большое сопротивление (оптимальный режим – режим холостого хода).

Приемник снижает коэффициент усилителя:

Дата добавления: 2015-06-04